一种面向6G应用的共口径端射双极化封装天线

本发明涉及6g终端天线领域，具体是一种面向6g应用的共口径端射双极化封装天线。

背景技术：

1、在目前常见的终端设备中，一般是将边射天线竖起来达到端向辐射的目的，因此天线剖面一般较高，且不利于天线封装，随着手机终端的飞速发展，变得越来越薄，亟待新的天线形式来满足要求。

2、传统的双极化天线将垂直极化天线与水平极化天线左右放置，增加了天线尺寸，使得天线阵列当中阵列间距较大，导致天线阵列扫描角较小。且组合垂直极化与水平极化时会破坏各自的边界条件，对结果产生较大影响，需要联合优化，设计效率较低。

3、基于以上问题，为了设计高密度终端天线单元，减小阵列整体尺寸，对于共口径天线的设计就十分必要。常规的垂直极化天线采取siw形式，但经过介质基板与空气的交界面处电磁波传输会受到干扰，能量无法有效的辐射出去，实现宽带辐射有一定难度。

4、磁电偶极子天线是由我国天线专家陆贵文教授和黄衡博士于2006年提出，具有结构简单、定向辐射特性稳定、宽频带的优点，受到国内外科研工作者的广泛研究。

5、根据检索发现，目前大多数端射双极化共口径天线由腔体形式的垂直极化和上下两侧的印刷偶极子水平极化组成，研究大都在低频，受目前加工工艺的限制，高频天线设计具有难度，且这种结构垂直极化与水平极化之间会互相影响，设计效率较低。综上，在满足现有加工规范的前提下，设计宽带垂直极化单元并集成共口径天线具有很大难度，且设计效率较低。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种面向6g应用的共口径端射双极化封装天线，实现了端射型天线的双极化共口径设计，具有低剖面、高密度的优势，且能够实现较宽的工作带宽。

2、为了达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

3、一种面向6g应用的共口径端射双极化封装天线，包括两部分：

4、端射天线馈电结构，包括垂直极化siw一分八馈电网络19、水平极化sicl一分八馈电网络18、垂直极化转接结构21、水平极化转接结构20。所述垂直极化siw一分八馈电网络19与垂直极化转接结构21连接，所述水平极化sicl一分八馈电网络18与水平极化转接结构20连接。所述垂直极化siw一分八馈电网络19由上下层金属地板14延伸的上层金属地板14-1、下层金属地板14-2以及第一金属过孔13延伸的第四延伸金属过孔13-4构成，所述水平极化sicl一分八馈电网络18由垂直极化siw一分八馈电网络19中间加由第一金属层延伸15的延伸金属层15-1构成。所述垂直极化转接结构21由上层金属地板14-1开左右双缝、下层金属地板14-2、贯穿每一层介质基板的第一延伸金属过孔13-1以及贯穿第五层介质基板9、第六层介质基板11的第二延伸金属过孔13-2组成的空腔结构构成，所述水平极化转接结构20由上层金属地板14-1开上下双缝、下层金属地板14-2以及第三延伸金属过孔13-3组成的空腔结构构成。

5、端射天线辐射结构，包括端射垂直极化磁电偶极子以及端射水平极化差分耦合馈电偶极子。所述端射垂直极化磁电偶极子包括上层金属板14-1与下层金属板14-2以及两侧的第一金属化过孔13，所述垂直极化转接结构21将波导馈入能量传输至垂直极化siw一分八馈电网络19，进而传输至端射垂直极化磁电偶极子，其中上下层金属地板14-1,14-2末端形成的缝隙与第一金属化过孔13构成端射垂直极化磁电偶极子中的磁偶极子，上层金属地板14-1上方第二金属化过孔12-1与下层金属地板14-2下第二方金属化过孔12-2构成端射垂直极化磁电偶极子中的电偶极子。所述端射水平极化差分耦合馈电偶极子包括位于介质基板中间的第二金属层16形成的端射水平极化偶极子以及第一金属层15形成的端射水平极化差分耦合馈电，所述水平极化转接结构20将波导馈入能量传输至水平极化sicl一分八馈电网络18，进而传输至端射水平极化差分耦合馈电偶极子，其中端射水平极化差分耦合馈电与端射水平极化偶极子在同一个平面上，位于第三层介质基板5的上表面，且相隔一段距离，所述端射水平极化差分耦合馈电15末端分为两条线，对第二金属层16形成的端射水平极化偶极子进行馈电。

6、进一步，设置在每一层的第一金属化过孔13通过金属条带连接，第一金属化过孔13与金属条带形成网状结构模拟金属平面。

7、进一步，所述第二金属化过孔12-1与上层金属地板14-1相连，并垂直向上延伸至第一介质基板1的上表面。

8、进一步，所述第三金属化过孔12-2与下层金属地板14-2相连，并垂直向下延伸至第一介质基板1的下表面。

9、进一步，所述第四金属化过孔17位于馈电网络中，通过调整位置可以调节垂直极化siw一分八馈电网络19的匹配。

10、进一步，所述垂直极化转接结构21通过双缝将能量耦合至垂直极化siw一分八馈电网络19中，所述水平极化转接结构20通过双缝将能量耦合至水平极化sicl一分八馈电网络18中，通过调整空腔大小以及双缝尺寸可以改善匹配。

11、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

12、常见的终端设备中一般将边射天线竖起来达到端向辐射的目的，这种结构会使得天线剖面较高，不利于天线封装，随着手机终端越来越薄，本发明提出了一种高密度双极化端射天线，天线高度为1.5mm，在保持低剖面的同时具有端射辐射性能。

13、传统的双极化天线将垂直极化与水平极化左右放置，增大了天线单元尺寸，并且组合时会破坏各自的边界条件，设计效率低下。通常的共口径端射天线是将水平极化放置在垂直极化上下地板处，两者会相互影响，设计效率较低，且馈电设计复杂。本发明提出了一种双极化共口径端射天线，通过分别构造磁电偶极子(上下金属地板14与第一金属化孔13形成的金属柱构成磁偶极子，第二三金属过孔12-1,12-2形成的金属柱为电偶极子)与差分耦合馈电偶极子(第一金属层15与上下金属地板14构成差分耦合馈电，第二金属层16为偶极子)，并将两种极化天线组合起来，采用多层板压合技术进行设计，两种天线工作基模不同，两者互不干扰，提高设计效率。通过延长磁电偶极子两端的金属柱长度，简化了加工流程，具有可实现性，降低了加工成本，并且拓宽了天线单元的波束宽度，提高了天线阵列的波束扫描角度。

14、通过将sicl复用，垂直极化采用siw形式，如图7所示，整体由第一金属过孔13延伸构成的第四延伸金属过孔13-4形成的金属柱包围，通过金属过孔17-1～17-17,形成的金属柱来调节匹配；水平极化采用sicl形式，如图8所示，整体由第四延伸金属过孔13-4形成的金属柱包围，中间放置由第一金属层15延伸构成的延伸金属层15-1；两种极化占用同一个空间，具有低剖面、高密度的优点。

15、本发明的端射双极化共口径天线能够工作在6g毫米波通信频段，适用于手机终端系统。

技术特征：

1.一种面向6g应用的共口径端射双极化封装天线，其特征在于，包括两部分：端射天线馈电结构和端射天线辐射结构；

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，设置在每一层的第一金属化过孔(13)通过金属条带连接，第一金属化过孔(13)与金属条带形成网状结构模拟金属平面。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第二金属化过孔(12-1)与上层金属地板(14-1)相连，并垂直向上延伸至第一介质基板(1)的上表面。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第三金属化过孔(12-2)与下层金属地板(14-2)相连，并垂直向下延伸至第一介质基板(1)的下表面。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第四金属化过孔(17)位于馈电网络中，通过调整位置可以调节垂直极化siw一分八馈电网络(19)的匹配。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述垂直极化转接结构(21)通过双缝将能量耦合至垂直极化siw一分八馈电网络(19)中，所述水平极化转接结构(20)通过双缝将能量耦合至水平极化sicl一分八馈电网络(18)中，通过调整空腔大小以及双缝尺寸可以改善匹配。

技术总结
本发明提供一种面向6G应用的共口径端射双极化封装天线，通过分别构造磁电偶极子与差分耦合馈电偶极子，并将两种极化天线组合起来，采用多层板压合技术进行设计，两种天线工作基模不同，两者互不干扰，提高设计效率。通过延长磁电偶极子两端的金属柱长度，简化了加工流程，具有可实现性，降低了加工成本，并且拓宽了天线单元的波束宽度，提高了天线阵列的波束扫描角度。

技术研发人员：张岩,刘少谦,刘思远,赵金静
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22